Question

氮化硼（BN）是一種重要的功能陶瓷材料，以天然硼砂為起始物，經(jīng)過一系列反應(yīng)可以得到BF₃和BN，如下圖所示：

請回答下列問題：

1）由B₂O₃制備BF₃、BN的化學(xué)方程式依次是       、       ；

2）基態(tài)B原子的電子排布式為     ；B和N相比，電負(fù)性較大的是     ，BN中B元素的化合價為      ；

3）在BF₃分子中，F(xiàn)-B-F的鍵角是     ，B原子的雜化軌道類型為    ，BF₃和過量NaF作用可生成NaBF₄，BF₄^-的立體構(gòu)型為     ；

4）在與石墨結(jié)構(gòu)相似的六方氮化硼晶體中，層內(nèi)B原子與N原子之間的化學(xué)鍵為     ，層間作用力為     ；

5）六方氮化硼在高溫高壓下，可以轉(zhuǎn)化為立方氮化硼，其結(jié)構(gòu)與金剛石相似，硬度與金剛石相當(dāng)，晶胞邊長為361.5pm，立方氮化硼晶胞中含有     個氮原子、     個硼原子，立方氮化硼的密度是     g/cm³（只要求列算式，不必計(jì)算出數(shù)值。阿伏伽德羅常數(shù)為N_A）。

 

Answer 1

【答案】

（15分）

1）B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄ = 2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O、

B₂O₃+2NH₃2BN+3H₂O；

2）1s²2s²2p¹；N，+3；

3）120°，sp²，正四面體；

4）共價鍵，分子間作用力；

5）4、4，4×25/(N_A×(361.5×10^-10)³)。

【解析】

試題分析：1）由圖可知B₂O₃與CaF₂和H₂SO₄反應(yīng)即生成BF₃，同時還應(yīng)該產(chǎn)生硫酸鈣和水，方程式為B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O；B₂O₃與氨氣在高溫下反應(yīng)即生成BN，方程式為

B₂O₃+2NH₃2BN+3H₂O；故答案為：B₂O₃+3CaF₂+3H₂SO₄2BF₃↑+3CaSO₄+3H₂O；B₂O₃+2NH₃2BN+3H₂O；

2）基態(tài)B原子的電子排布式為1s²2s²sp¹；B與N 均位于第二周期，電負(fù)性從左向右依次遞減，所以N的電負(fù)性大于B；BN中B元素的化合價為+3．故答案為：1s²2s²sp¹；N；+3；

3）依據(jù)價層電子對互斥理論，計(jì)算出BF₃的孤對電子對數(shù)=(1/2)×（a-xb）=(1/2)×（4-4×1）=0，并且價層電子對數(shù)為3，所以BF₃分子為平面正三角形結(jié)構(gòu)，鍵角為120°，雜化方式為sp²；BF₄^-中心原子的孤對電子對數(shù)==(1/2)×（a-xb）==(1/2)×（4-4×1）=0，其價層電子對數(shù)為4，所以其結(jié)構(gòu)為正四面體．故答案為：120°；sp²；正四面體；

4）B、N均屬于非金屬元素，二者形成的化學(xué)鍵是極性共價鍵；根據(jù)石墨結(jié)構(gòu)可知六方氮化硼晶體中，層與層之間靠分子間作用力結(jié)合．故答案為：共價鍵（或極性共價鍵）；分子間作用力；

5）根據(jù)金剛石的結(jié)構(gòu)可以判斷出金剛石的一個晶胞中含有的碳原子數(shù)=8×=(1/8)+6×=(1/2)+4=8，因此一個立方氮化硼晶胞中含有4個N原子和4個B原子．一個晶胞中的質(zhì)量為25g/ N_A×4，一個立方氮化硼晶胞的體積是（361.5cm）³，因此立方氮化硼的密度是(25×4)/ [(361.5×10^-101×)³N_A] g?cm^-3。

考點(diǎn)：元素電離能、電負(fù)性的含義及應(yīng)用 原子核外電子的能級分布 鍵能、鍵長、鍵角及其應(yīng)用 晶胞的計(jì)算

點(diǎn)評：本題考查較為全面，涉及到化學(xué)方程式的書寫、電子排布式、分子空間構(gòu)型、雜化類型的判斷以及有關(guān)晶體的計(jì)算，但解題具有較強(qiáng)的方法性和規(guī)律性，學(xué)習(xí)中注意總結(jié)如何書寫電子排布式，如何判斷分子空間構(gòu)型以及有關(guān)晶體計(jì)算等方法。